基于PLC的裝配流水線控制系統(tǒng)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于 plc 的裝配流水線控制系統(tǒng) 系部： xxxxxxx專業(yè)： xxxxx學(xué)號： xxxxxxxxxx學(xué)生姓名： xxxxxxxx導(dǎo)師姓名： xxxxx導(dǎo)師職稱： xxxxx二一三年四月第 ii 頁內(nèi)容摘要及關(guān)鍵詞：【摘要】：本論文注重以實(shí)際生產(chǎn)為主，在許多的工廠車間需要用到傳送帶來解放勞動(dòng)資源，提高生產(chǎn)效率，我所做的課題是一個(gè)飲料加工車間的流水線生產(chǎn)。本文的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包括三菱 fx2n plc外部電路的設(shè)計(jì)與安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)最終能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：(1)能對空瓶進(jìn)行運(yùn)送、灌裝，灌裝量可根據(jù)空瓶大小設(shè)定；（2）對

2、滿瓶進(jìn)行運(yùn)送及計(jì)數(shù)；（3）能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。該系統(tǒng)主要運(yùn)用了三菱 plc、傳感器、繼電器、行程開關(guān)等器件，利用 plc 良好的自動(dòng)控制性能，實(shí)現(xiàn)飲料罐裝生產(chǎn)過程的無人控制?！娟P(guān)鍵詞】：裝配流水線；plc；無人控制；飲料灌裝abstractabstract：the papers focus on the actual production, transmission brought about the liberation of labor resources, improve production efficiency needed in many of the factory floor,

3、and i made the subject of a beverage processing plant assembly line production. the design of this article, including hardware and software design. hardware design, including the design and installation of mitsubishi fx2n plc external circuit; software part including the design and debugging. design

4、ed system will eventually be able to achieve the following functions: (1) transporting the empty bottles, filling, filling volume can be set according to the empty bottle size; (2) of the full bottle of transportation and counting; (3) can be achieved manually reset. the system mainly use mitsubishi

5、 plc, sensors, relays, trip switches and other devices, plc automatic control, unmanned production process control of beverage cans.key words：assembly lines；plc；the unmanned control；beverage filling第 iii 頁目錄1引言.11.1 本論文的研究意義.11.2 本論文的主要方法和研究進(jìn)展.11.3 本論文的研究切入點(diǎn)或主要內(nèi)容.11.4 本論文解決的關(guān)鍵問題.22plc 控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng).32

6、.1 控制方法.32.2 工作方式.32.3 控制速度.32.4 定時(shí)和計(jì)數(shù)控制.42.5 可靠性和可維護(hù)性.42.6 plc 相較于電器控制的優(yōu)勢.43裝配流水線總體方案設(shè)計(jì).73.1 任務(wù)的分析.73.2 硬件方案設(shè)計(jì).73.3 軟件方案設(shè)計(jì).83.3.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法.83.3.2 邏輯設(shè)計(jì)法.84系統(tǒng)元件的選擇.104.1 plc 的選型.104.2 電動(dòng)機(jī)的選型.104.3 接觸器的選型.104.4 熱繼電器的選型.114.5 開關(guān)電器、熔斷器的選型.114.6 傳感器的選型.115系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn).135.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖.135.2 主電路的設(shè)計(jì).135.3 控制電路的設(shè)計(jì).

7、146系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì).166.1 控制要求和控制過程分析.166.2 i/o 端口分配.176.3 梯形圖.18第 iv 頁6.3.1 初始化程序.186.3.2 啟動(dòng)和停止.186.3.3 流水線主控程序.186.3.4 閃爍報(bào)警程序.206.3.5 記數(shù)程序.20結(jié)論.22致謝.23參考文獻(xiàn).24附 錄 1.25附 錄 2.28第 1 頁1引言1.1 本論文的研究意義流水線是指勞動(dòng)對象按照一定的工藝路線，順序的通過各個(gè)工作地，并按照統(tǒng)一的生產(chǎn)速度（節(jié)拍）完成工藝作業(yè)的連續(xù)的重復(fù)的生產(chǎn)過程。流水生產(chǎn)是把高度的對象專業(yè)化生產(chǎn)和勞動(dòng)對象的平行移動(dòng)方式有機(jī)結(jié)合起來的一種先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式。它具有以

8、下特征： (1)工作地的專業(yè)化程度高；(2)具有明顯的節(jié)奏性；(3)各工序的生產(chǎn)能力平衡或成比例；(4)工藝過程封閉、單向；(5)具有高度的連續(xù)性。 20世紀(jì)初，美國人亨利福特首先采用了流水線生產(chǎn)方法,在他的工廠內(nèi)，專業(yè)化分工非常細(xì)，僅一個(gè)生產(chǎn)單元的工序竟然多達(dá)7882種，為了提高工人的勞工效率，福特反復(fù)試驗(yàn)，確定了一條裝配線上所需要的工人，以及每道工序之間的距離。這樣一來，每個(gè)汽車底盤的裝配時(shí)間從12小時(shí)28分縮短到1小時(shí)33分。大批量生產(chǎn)的主要生產(chǎn)組織方式為流水生產(chǎn)，其基礎(chǔ)是由設(shè)備、工作地和傳送裝置構(gòu)成的設(shè)施系統(tǒng)，即流水生產(chǎn)線。最典型的流水生產(chǎn)線是汽車轉(zhuǎn)配生產(chǎn)線。流水生產(chǎn)線是為特定的產(chǎn)品和

9、預(yù)定的生產(chǎn)大綱所設(shè)計(jì)的；生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的主要決策問題在流水生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)階段中就已經(jīng)做出規(guī)定1。1.2 本論文的主要方法和研究進(jìn)展本論文主要方法是以文獻(xiàn)研究法、調(diào)查研究法、行動(dòng)研究法和自己掌握的plc 知識(shí)作為引導(dǎo)，并且查閱了很多資料最終實(shí)現(xiàn)了自己所預(yù)想的效果。但是還有很大的發(fā)揮空間，我會(huì)在以后的工作學(xué)習(xí)中繼續(xù)研究學(xué)習(xí)。1.3 本論文的研究切入點(diǎn)或主要內(nèi)容本論文注重以實(shí)際生產(chǎn)為主，在許多的工廠車間需要用到傳送帶來解放勞動(dòng)資源，提高了生產(chǎn)效率，我所做的課題是一個(gè)飲料加工車間流水線生產(chǎn)，系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開關(guān)動(dòng)作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一

10、個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測到一個(gè)瓶子或停止開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓 1 秒，灌裝設(shè)備開始工作，灌裝過第 2 頁程為小瓶裝 5 秒鐘，大瓶裝 8 秒鐘，然后均上蓋時(shí)間為 2 秒，灌裝和上蓋過程應(yīng)有報(bào)警顯示，上蓋過程停止并不再顯示報(bào)警；報(bào)警方式為紅燈以 0.5 秒間隔閃爍。與此同時(shí)對生產(chǎn)的飲料進(jìn)行計(jì)數(shù)，大小瓶均為 5 瓶為一箱。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)按下停止按鈕，系統(tǒng)會(huì)馬上停止工作。而在系統(tǒng)進(jìn)行灌裝和加蓋時(shí)按下停止按鈕，系統(tǒng)不會(huì)馬上停止工作，而要待加蓋工作完成后，系統(tǒng)最終停止工作。1.4 本論文解決的關(guān)鍵問題利用 plc 良好的自動(dòng)控制性能，本

11、文所設(shè)計(jì)的裝配生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了飲料罐裝生產(chǎn)過程的無人控制?；?plc 的裝配生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)為飲料罐裝生產(chǎn)提供了極大地便利，在各種飲料罐裝生產(chǎn)行業(yè)迅猛發(fā)展。隨著生產(chǎn)社會(huì)化水平的不斷提高，基于plc 的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)不僅僅局限于飲料罐裝生產(chǎn)行業(yè)，它在現(xiàn)代的芯片封裝，產(chǎn)品包裝等流水線作業(yè)生產(chǎn)方面也有著相當(dāng)廣闊的前景。第 3 頁2plc 控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)plc 控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)相比，有許多相似之處，也有很多不同之處，不同之處在一下幾個(gè)方面：2.1 控制方法電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件連線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或者并聯(lián)等組合控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、

12、體積大、功耗大、系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或者增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大限制。而 plc 采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯是以程序的方式存放在儲(chǔ)存器中，要改變控制邏輯只需要改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且 plc 所謂“軟繼電器”實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點(diǎn)數(shù)量是無限的，plc系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性好2。2.2 工作方式在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時(shí)，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時(shí)吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式

13、，而 plc 的用戶程序是按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個(gè)繼電器的動(dòng)作次序決定程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作方式。2.3 控制速度繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題。而 plc 通過程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度快，程序指令執(zhí)行時(shí)間在微秒級，且不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)問題。第 4 頁2.4 定時(shí)和計(jì)數(shù)控制電器控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作進(jìn)行時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時(shí)精度不高。而 plc 采用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時(shí)

14、范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境影響，且 plc 具有計(jì)數(shù)功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計(jì)數(shù)功能。2.5 可靠性和可維護(hù)性由于電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，其存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護(hù)性較差，而 plc 大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，其壽命長、可靠性高，plc 還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。2.6 plc 相較于電器控制的優(yōu)勢一、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性要求：平均故障間隔時(shí)間長。故障修復(fù)時(shí)間（平均修復(fù)

15、時(shí)間）短任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種：一為偶發(fā)性故障。由于外界環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對 plc 而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。二為永久性故障。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使 plc 在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，第 5 頁使 plc 在惡劣條件消失后自動(dòng)恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時(shí)間；如果能在 plc 增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段，在永久性故障出現(xiàn)時(shí)，能很快查出故障發(fā)生

16、點(diǎn)，并將故障限制在局部，就能降低 plc 的平均修復(fù)時(shí)間。為此各 plc 的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使 plc 除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯(cuò)信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還能使plc 具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。硬件措施：主要模塊均采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，大量開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器完成，i/o 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)盒信號調(diào)整電路。(1) 屏蔽對電源變壓器、cpu、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。(2) 濾波對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如 pl 或者 型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或者抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的互

17、相影響。(3) 電源調(diào)整與保護(hù)對微處理器這個(gè)核心部件所需的+5v 電源，采用多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響。(4) 隔離在微處理器與 i/o 電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離i/o 接口與 cpu 之間的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作，各 i/o 口之間亦彼此隔離。(5) 采用模塊式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作，同時(shí)也有助于加快查找故障原因。軟件措施：(1) 有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。(2) 故障檢測軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號等，以便及時(shí)進(jìn)行

18、處理。(3) 信息備份與恢復(fù)當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞 plc 內(nèi)部的信息。(4) 設(shè)置警戒時(shí)鐘 wdt（看門狗）如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了wdt 規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。第 6 頁(5) 加強(qiáng)對程序的檢查和校驗(yàn)一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警并停止執(zhí)行。(6) 對程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備聽電話，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失3。二、配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)plc 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 plc 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 plc 的功能單

19、元大量涌現(xiàn)，使 plc 滲透到了位置控制、溫度控制、cnc 等各種工業(yè)控制中。加上 plc 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 plc 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。三、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 plc 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。四、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造plc 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大

20、大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。五、體積小，重量輕，能耗低以超小型 plc 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備4。第 7 頁3裝配流水線總體方案設(shè)計(jì)3.1 任務(wù)的分析本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是以三菱 fx2n 系列 plc 作為處理核心，用行程開關(guān)、傳感器將生產(chǎn)過程中的信號（如空瓶的運(yùn)行的位置、飲料瓶的大小等等）處理后送給 plc 處理器，由 plc 對數(shù)據(jù)進(jìn)行

21、運(yùn)算，然后輸出驅(qū)動(dòng)信號（如接觸器、電磁閥等等）來完成飲料罐裝生產(chǎn)過程的流水線操作。該系統(tǒng)的總體思路：此生產(chǎn)線為全自動(dòng)控制的，生產(chǎn)線一旦上電，plc 將通過軟件對生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)控制：通過輸出繼電器控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和對飲料瓶灌裝的控制，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，并且通過 plc 內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對所生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。3.2 硬件方案設(shè)計(jì)飲料的灌裝是采用了飲料灌裝機(jī)，飲料灌裝機(jī)將灌裝裝置以及封蓋裝置集合在一起，使飲料的灌裝穩(wěn)定、高效的完成。對于飲料瓶大小的區(qū)別是通過反射式光電傳感器工作來實(shí)現(xiàn)的。利用輔助繼電器對計(jì)數(shù)器進(jìn)行正電平觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)對所生產(chǎn)產(chǎn)品的計(jì)數(shù)。生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。系統(tǒng)的工作原理：

22、系統(tǒng)一旦上電，傳送帶驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，待空飲料瓶行至行程開關(guān)，行程開關(guān)閉合，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，灌裝設(shè)備通過閥門的關(guān)斷來控制飲料灌裝的時(shí)間，待飲料灌裝過程完畢后電動(dòng)機(jī)恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的自動(dòng)控制。對于傳送帶上的飲料瓶大小的區(qū)分，是通過下圖中所在位置的反射式光電傳感器工作來實(shí)現(xiàn)的。第 8 頁e-1閥門傳送帶驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)行程開關(guān)光電傳感器大瓶小瓶圖 3-1 生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)圖3.3 軟件方案設(shè)計(jì)3.3.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是比較廣泛的一種方法。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循,具有很大的試探性很隨意性,最后的結(jié)果不是唯一的。該方法的核心是輸出線圈。以下是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的基本步驟：(1) 了解

23、和熟悉被控設(shè)備的工藝過程和機(jī)械的動(dòng)作情況。(2) 確定 plc 的輸入信號和輸出負(fù)載，畫出 plc 的外部接線圖。(3) 確定與繼電器電路圖的中間繼電器，時(shí)間繼電器對應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器（m）和定時(shí)器（t）的元件號。(4) 根據(jù)前面的對應(yīng)關(guān)系畫出梯形圖。3.3.2 邏輯設(shè)計(jì)法 邏輯設(shè)計(jì)法的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)，而繼電器控制系統(tǒng)的本質(zhì)是邏輯線路。看一個(gè)電氣控制線路都會(huì)發(fā)現(xiàn)，線路的接通和斷開，都是通過繼電器等元件的觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的,故控制線路的種種功能必定取決于這些觸點(diǎn)的開、合兩種狀態(tài)。因此電氣控制電路從本質(zhì)上說是一種邏輯線路，它符合邏輯運(yùn)算的基本規(guī)律5。圖 3-2 是本課題的 plc 邏輯設(shè)計(jì)步驟

24、。第 9 頁明確設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)條件修改軟件，硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試局部模擬運(yùn)行安裝plc程序檢查調(diào)試i/o配線編制程序制作控制區(qū)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)plc機(jī)型選擇 是否滿足要求？交付使用整理系統(tǒng)文件系統(tǒng)試運(yùn)行程序備份否是圖 3-2 plc 邏輯設(shè)計(jì)步驟第 10 頁4系統(tǒng)元件的選擇4.1 plc的選型根據(jù)飲料罐裝自動(dòng)生產(chǎn)線的工藝流程圖，plc 控制系統(tǒng)的輸入信號有 5 個(gè)，且均為開關(guān)量。plc 控制系統(tǒng)的輸出信號有 6 個(gè)。fx2n 系列的 plc 只有繼電器輸出方式和晶體管輸出方式兩種。繼電器輸出方式其特點(diǎn)是：可使用交直流電源，其動(dòng)作慢，但安全隔離效果好，可靠性高；晶體管輸出方式其特點(diǎn)是：只能使用直流電源，其響

25、應(yīng)速度最快場效應(yīng)管輸出模塊的工作頻率可達(dá) 20khz，但過載能力較差。綜合以上信息，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮，控制系統(tǒng)選用 fx2n 型號的plc：繼電器輸出；輸人點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)均為 16 點(diǎn)，可以滿足工藝要求，且留有一定的余量，便于以后的修改和擴(kuò)展7。4.2 電動(dòng)機(jī)的選型目前市面上的電動(dòng)機(jī)類型多種多樣，用于驅(qū)動(dòng)傳送帶傳送的電動(dòng)機(jī)的類型也數(shù)不勝數(shù)?；谠撓到y(tǒng)的控制要求與各類型電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作場合，并考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，本系統(tǒng)選擇的電動(dòng)機(jī)型號為 y132m-4，其性能參數(shù)如表 4-1 所示8。表 4-1 y132m-4 型電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)電流電壓堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速極數(shù)頻率額定功率15.

26、4 a380v2.2 n.m2.3 n.m1440 r/min450 hz7.5kw4.3 接觸器的選型接觸器是一種用來接通或斷開帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的自動(dòng)化切換器，主要控制對象是電動(dòng)機(jī)。通用接觸器可大致分以下兩類： 第 11 頁(1)交流接觸器。主要有電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置等組成。常用的是cj1、0cj12、cj12b 等系列。(2)直流接觸器，一般用于控制直流電器設(shè)備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動(dòng)作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器是相同的。接觸器的選型有諸多因素外與負(fù)載密切相關(guān)一般三相異步電機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的 3-5 倍。綜上所述，本系統(tǒng)選用 cj10-40 接

27、觸器：額定電流為 40a，額定電壓為380v。4.4 熱繼電器的選型熱繼電器由兩部分組成，每一部分安裝的位置不同。一部分是主觸點(diǎn)，接在電動(dòng)機(jī)與接觸器 km 之間。另一部分是接在控制電路中，與接觸器 km 的線圈電路相串聯(lián)。熱繼電器在控制線路中起過載保護(hù)的功能。熱繼電器是采用雙金屬熱元件，動(dòng)作機(jī)構(gòu)，常閉觸頭和常開觸頭，復(fù)位按鈕及整定電流調(diào)節(jié)旋鈕等構(gòu)成。根據(jù)雙金屬熱元件的數(shù)目可分為兩極和三極型熱器，而三極型又分帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)兩種。主電動(dòng)機(jī) m1 的額定電流 15a，fr1 可以選用 jr16，熱元件電流為 20a，電流整定范圍為 14-22a 工作時(shí)將額定電流調(diào)整為 15a9。4.5 開

28、關(guān)電器、熔斷器的選型行程開關(guān)是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關(guān)，選用型號為 lxk2-131 型。熔斷器選用 rl1-15 型熔點(diǎn)器，熔體的額定電流為 30a6。4.6 傳感器的選型系統(tǒng)中運(yùn)用傳感器對飲料瓶的大小進(jìn)行區(qū)別，根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇反射式光電傳感器。反射式光電傳感器的工作原理如圖 4-2 所示。第 12 頁反射式光電傳感器反射物發(fā)光接收圖 4-2 反射式光電傳感器原理圖第 13 頁5系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)5.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的硬件分為主電路、控制電路、輔助電路三大部分，控制電路控制主電路，輔助電電路起輔助信號顯示的作用，它們之間的關(guān)系如圖 5-1 所示：控制電路主電路輔助電路圖

29、5-1 硬件電路關(guān)系圖5.2 主電路的設(shè)計(jì)傳送帶用電動(dòng)機(jī) m1 來運(yùn)行，并用接觸器 km1 來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與停止。由熱繼電器 fr1 實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。斷路器 qf1、qf2、qf3 將三相電源引入，同時(shí) qf1、qf2、qf3 為電路提供短路保護(hù)。飲料罐裝生產(chǎn)的主控制電路如圖 5-2所示。第 14 頁 3m1l nplc220v24vqf1km1qf3qf2圖 5-2 主控制電路圖5.3 控制電路的設(shè)計(jì)plc 控制系統(tǒng)的輸入信號有 5 個(gè)，且均為開關(guān)量。其中各種單操作按鈕開關(guān) 3 個(gè)，分別 sb0 啟動(dòng)按鈕、sb1 停止按鈕、sb10 手動(dòng)復(fù)位按鈕。行程開關(guān) 1 個(gè)，傳感器開關(guān) 1 個(gè)。pl

30、c 控制系統(tǒng)的輸出信號有 6 個(gè)，其中 1 個(gè)用于驅(qū)動(dòng)傳送帶電動(dòng)機(jī)的接觸器 km1, 3 個(gè)電磁閥分別用于大瓶和小瓶的封蓋及飲料罐裝，2 個(gè)用于生產(chǎn)線上的狀態(tài)顯示。如圖 5-3 所示10。第 15 頁圖 5-3 三菱 plc 外部接線圖第 16 頁6系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)6.1 控制要求和控制過程分析系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開關(guān)動(dòng)作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測到一個(gè)瓶子或停止開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓 1 秒，灌裝設(shè)備開始工作，灌裝過程為小瓶裝 5 秒鐘，大瓶裝

31、 8 秒鐘，然后均上蓋時(shí)間為 2 秒，灌裝和上蓋過程應(yīng)有報(bào)警顯示，上蓋過程停止并不再顯示報(bào)警；報(bào)警方式為紅燈以 0.5秒間隔閃爍。與此同時(shí)對生產(chǎn)的飲料進(jìn)行計(jì)數(shù)，大小瓶均為 5 瓶為一箱。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)按下停止按鈕，系統(tǒng)會(huì)馬上停止工作：而在系統(tǒng)進(jìn)行灌裝和加蓋時(shí)按下停止按鈕，系統(tǒng)不會(huì)馬上停止工作，而要待加蓋工作完成后，系統(tǒng)最終停止工作。系統(tǒng)過程流程圖如下圖 6-1 所示。第 17 頁 開始上蓋2秒灌裝飲料停頓1s上蓋2秒灌裝飲料停頓1s初始化傳送帶運(yùn)行檢測飲料罐大小大瓶小瓶是否按下啟動(dòng)按鈕是否到灌裝位置是否按下停止按鈕是否裝滿裝罐和上蓋時(shí)是否按下過停止按鈕是否裝滿是否是是是是是否否否否否圖 6-1

32、 過程流程圖6.2 i/o端口分配表 6-2 i/o 端口分配表輸入信號輸出信號名稱功能編號名稱功能編號sb0啟動(dòng)按鈕x0km1傳送帶電動(dòng)機(jī)y0sb1停止按鈕x1yv1灌裝電磁閥y1st0行程開關(guān)x2yv2小瓶封蓋y2s0光電傳感器x3yv3大瓶封蓋y3sb10手動(dòng)復(fù)位x10hl10系統(tǒng)上電顯示y10hl11灌裝過程顯示y11第 18 頁6.3 梯形圖6.3.1 初始化程序初始化，啟動(dòng)時(shí)、按下復(fù)位鈕將程序中用到的計(jì)數(shù)器置零。如下圖 6-3 所示。圖 6-3 初始化程序梯形圖6.3.2 啟動(dòng)和停止按下 x0 啟動(dòng)，上電指示燈亮。按下 x1 停止。如下圖 6-4 所示。圖 6-4 啟動(dòng)和停止梯形圖

33、6.3.3 流水線主控程序 生產(chǎn)流水線主控電路的自動(dòng)控制：系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開關(guān)動(dòng)作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料并上蓋后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測到一個(gè)瓶子或停止開關(guān)動(dòng)作；當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓 1 秒，灌裝設(shè)備開始工作，對于大瓶灌裝 8 秒鐘，小瓶則灌裝 5秒鐘，待灌裝過程完畢再對飲料瓶進(jìn)行上蓋，上蓋時(shí)間為 2 秒鐘。當(dāng)系統(tǒng)正在第 19 頁運(yùn)行裝罐時(shí)，按下停止按鈕，系統(tǒng)并不會(huì)馬上停止運(yùn)行，待上蓋工作結(jié)束后，系統(tǒng)最終停止運(yùn)轉(zhuǎn)。如下圖 6-5 所示。第 20 頁圖 6-5 流水線主控程序梯形圖6.3.4 閃爍報(bào)警程序罐裝和上蓋過程中閃爍報(bào)警。如下圖 6-6 所示。圖 6-6 閃爍報(bào)警程序梯形圖6.3.5 記數(shù)程序?qū)ιa(chǎn)飲料的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，大小瓶均以 5 瓶為一包，并在記滿 5 瓶后，等待 5 秒后自動(dòng)清零。如下圖 6-7 所示。第 21 頁圖 6-7 計(jì)數(shù)程序梯形圖第 22 頁結(jié)論本文介紹了基于三菱 fx2n plc 的裝配生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)方面，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求對各硬件設(shè)備進(jìn)行了選型并對三菱 fx2n plc 外部電路接線進(jìn)行了設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)方面對軟件設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了概述，根據(jù)要求設(shè)計(jì)出梯